CN111341638B - 工艺腔室及其清洁方法及晶圆传输方法 - Google Patents

工艺腔室及其清洁方法及晶圆传输方法 Download PDF

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Abstract

一种工艺腔室，包括腔体及设于腔体内的静电夹盘，静电夹盘包括金属基座及托盘，托盘固定于金属基座上，用于吸附晶圆，静电夹盘开设多个升降孔，升降孔贯穿金属基座及托盘，每个升降孔内设有可升降的升降销，升降销用于将晶圆顶离托盘，升降销包括主体及盖部，盖部包括顶部及与顶部相连接的侧壁，顶部与侧壁形成一供主体的顶端插入的容置空间，盖部的高度大于托盘的厚度。本发明的的工艺腔室减小微电弧的发生概率，降低了晶圆对应于升降孔处的损伤。本发明还提供一种晶圆传输方法及工艺腔室清洁方法。

Description

工艺腔室及其清洁方法及晶圆传输方法
技术领域
本发明涉及半导体加工领域，具体涉及一种工艺腔室及其清洁方法及晶圆传输方法。
背景技术
在半导体器件加工过程中，等离子体蚀刻是一个重要制程。在等离子体蚀刻制程中，以曝光后得到的光刻图形为掩模，通过等离子体蚀刻制程可除去晶圆表面上一定深度的薄膜物质。
如图1所示，等离子体蚀刻制程一般在半导体设备的工艺腔室1中进行。工艺腔室1包括具有金属基座21与托盘22的静电夹盘20。如图2所示，静电夹盘20开设多个贯穿金属基座21与托盘22的升降孔30。金属基座21同时作为产生等离子体的下部电极。升降孔30内设有升降销31，用于顶升晶圆。在工艺腔室1进行等离子体蚀刻制程前，通常会用等离子体清洁制程来清洁工艺腔室1，此时在静电夹盘20上没有吸附晶圆，进入到升降孔30内的等离子体会损伤金属基座21与托盘22的交界处，导致工艺腔室1在后续的制程中对应升降孔30的位置发生微电弧(arcing)，使晶圆对应于升降孔30处遭受损伤，降低产品的良率。
发明内容
鉴于此，本发明提供一种解决上述问题的工艺腔室及其清洁方法及晶圆传输方法。
一种工艺腔室，包括腔体及设于所述腔体内的静电夹盘，所述静电夹盘包括金属基座及托盘，所述托盘固定于所述金属基座上，用于吸附晶圆，所述静电夹盘开设多个升降孔，所述升降孔贯穿所述金属基座及所述托盘，每个所述升降孔内设有可升降的升降销，所述升降销用于将所述晶圆顶离所述托盘，所述升降销包括主体及盖部，所述盖部包括顶部及与所述顶部相连接的侧壁，所述顶部与所述侧壁形成一供所述主体的顶端插入的容置空间，所述盖部的高度大于所述托盘的厚度。
一种晶圆传输方法，应用于上述的工艺腔室，所述方法包括以下步骤：
将晶圆放至静电夹盘上，所述静电夹盘吸附住所述晶圆；
所述晶圆与所述静电夹盘分离时，控制所述升降销上升将所述晶圆顶离所述静电夹盘；
其中，所述升降销上升的高度小于所述盖部的高度。
一种工艺腔室清洁方法，应用于上述的工艺腔室，清洁所述工艺腔室时，保持所述升降销的所述盖部至少有部分对应于所述金属基座及所述托盘的交界处。
本发明提供的工艺腔室的升降销的盖部的高度比托盘的厚度大，使得至少有部分盖部对应位于托盘与金属基座的交界处，减小微电弧的发生概率，降低了晶圆对应于升降孔处的损伤；本发明提供的方法在执行过程中相应控制盖部至少有部分位于升降孔内或至少有部分对应于金属基座及托盘的交界处，以减小微电弧的发生概率。
附图说明
图1是目前的工艺腔室的示意图。
图2是图1所示的静电夹盘的局部放大示意图。
图3是本发明一实施例提供的工艺腔室的示意图。
图4是图3所示的静电夹盘的局部放大示意图。
图5是本发明另一实施例提供的晶圆传输方法的流程示意图。
图6是图4所示的升降销顶起晶圆的状态示意图。
图7是图4所示的升降销顶起晶圆的另一状态示意图。
图8是本发明又一实施例提供的工艺腔室清洁方法的流程示意图。
主要元件符号说明
工艺腔室 100,1
腔体 10
顶壁 11
底壁 12
侧墙 13
静电夹盘 20
金属基座 21
托盘 22
电极 222
直流电源 24
升降孔 30
升降销 31
主体 311
盖部 312
顶部 3121
侧壁 3122
上部电极 40
通孔 41
射频电源 42,23
晶圆 500
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，当一个元件或组件被认为是“连接”另一个元件或组件，它可以是直接连接到另一个元件或组件或者可能同时存在居中设置的元件或组件。当一个元件或组件被认为是“设置在”另一个元件或组件，它可以是直接设置在另一个元件或组件上或者可能同时存在居中设置的元件或组件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参见图3与图4，本发明的实施例提供一种工艺腔室100，用于对晶圆500进行各种工艺处理。所述工艺处理包括但不限于蚀刻、沉积或清洁。所述工艺腔室100包括腔体10及设于所述腔体10内的静电夹盘20。所述静电夹盘20包括金属基座21及托盘22。所述托盘22固定于所述金属基座21上，用于吸附晶圆500。所述静电夹盘20开设多个贯穿所述金属基座21及所述托盘22的升降孔30。每个所述升降孔30内设有可升降的升降销31。所述升降销31包括相连接的主体311及盖部312。所述盖部312的高度大于所述托盘22的厚度，以避免微电弧的发生。
所述腔体10包括包括顶壁11、底壁12及侧墙13。所述顶壁11与所述底壁12相对设置。所述侧墙13的一端与所述顶壁11连接，另一端与所述底壁12连接，形成一收容空间。在一些实施例中，所述顶壁11、所述底壁12及所述侧墙13由金属，例如铝材制成。
所述金属基座21位于所述腔体10的所述底壁12上。在一些实施例中，所述金属基座21大致呈圆台状。在一些实施例中，所述金属基座21作为下部电极，与射频电源23电连接。所述射频电源23对所述金属基座21施加射频范围内的交流电。在一些实施例中，所述金属基座21由铝或铝的合金制成。
在一些实施例中，所述托盘22通过胶接方式固定于所述金属基座21上，也就是说所述托盘22与所述金属基座21之间还设有胶接层。
在一些实施例中，所述托盘22由绝缘材料制成，例如三氧化二铝陶瓷等。
在一些实施例中，所述托盘22内设有一与直流电源24连接的电极222。所述直流电源24向所述电极222提供直流电以产生静电力将所述晶圆500吸附于所述托盘22上。
所述静电夹盘20开设多个升降孔30。所述升降孔30贯穿所述金属基座21及所述托盘22。每个所述升降孔30内设有可升降的升降销31，用于带动所述晶圆500。其中升降的含义为所述升降销31远离所述腔体10的所述底壁12的运动为上升，靠近所述腔体10的所述底壁12的运动为下降。在一些实施例中，所述升降孔30的数量为三个，且所述升降销31的数量为三个。
具体地，所述升降销31包括相连接的主体311及盖部312。所述盖部312位于所述主体311远离所述底壁12的一侧。所述盖部312包括顶部3121及侧壁3122，所述侧壁3122远离所述底壁12的一端与所述顶部3121相连接。所述顶部3121与所述侧壁3122形成一供所述主体311的顶端插入的容置空间。
在一些实施例中，所述盖部312与所述托盘22由绝缘材料制成，例如三氧化二铝陶瓷、镁橄榄石(Mg2SiO4)陶瓷及氮化铝陶瓷等。在一些实施例中，所述盖部312与所述托盘22由相同的绝缘材料制成，例如三氧化二铝陶瓷、镁橄榄石(Mg2SiO4)陶瓷及氮化铝陶瓷等。
所述盖部312的高度大于所述托盘22的厚度。当所述升降销31的所述顶部3121的顶面与所述托盘22的顶面大致齐平时，所述盖部312的所述侧壁3122靠近所述底壁12的一端超过(低于)所述托盘22与所述金属基座21的交界处。由于所述升降销31与所述升降孔30之间的间隙越大，微电弧发生的概率越高，而本发明的所述升降销31的所述顶部3121的顶面与所述托盘22的顶面大致齐平时，所述盖部312至少有部分对应位于所述托盘22与所述金属基座21的交界处，相应降低微电弧的发生概率。在一些实施例中，所述盖部的高度比所述托盘的厚度为多30％至50％。
在一些实施例中，为了避免所述升降孔30的侧壁卡住所述升降销31或发生刮擦，以及降低微电弧的发生概率，所述盖部312的直径可以比所述升降孔30的内径小0.1～0.2mm。在一些实施例中，所述盖部312的直径比所述升降孔30的内径小0.4mm，举例来说，所述盖部312的直径为2.6mm，所述升降孔30的内径为3mm，所述主体311的直径为1.5mm。
在一些实施例中，所述盖部312为一体成型。所述盖部312的所述侧壁3122面向所述容置空间的表面上设有螺纹。所述主体311的顶端相应设有螺纹以与所述盖部312螺纹连接，且所述盖部312为一体成型，可增强所述盖部312与所述主体311连接的稳固程度，从而增强所述升降销31升降时置放于升降销31上的晶圆的稳定性，减少晶圆晃动的程度。
在一些实施例中，所述工艺腔室100还包括上部电极40。所述上部电极40相对所述静电夹盘20设置并固定于所述腔体10的顶壁11上。所述上部电极40开设多个通孔41，并外接一气体供给源。气体供给源向所述上部电极40供应处理气体。所述上部电极40与射频电源42电连接。所述射频电源42对所述上部电极40施加射频范围内的交流电，使位于所述上部电极40与所述下部电极(在本实施例中为所述金属基座21)之间的处理气体在电能的作用下被激发成等离子体。
请参见图5与图6，本发明的另一实施例还提供一种晶圆传输方法，应用于工艺腔室100。所述工艺腔室100包括腔体10及设于所述腔体10内的静电夹盘20。所述静电夹盘20包括金属基座21及托盘22。所述托盘22固定于所述金属基座21上，用于吸附晶圆500。所述静电夹盘20开设多个贯穿所述金属基座21及所述托盘22的升降孔30。每个所述升降孔30内设有可升降的升降销31。所述升降销31包括相连接的主体311及盖部312。所述盖部312的高度大于所述托盘22的厚度。
所述晶圆传输方法包括以下步骤：
S101：将晶圆500放至静电夹盘20上，控制所述静电夹盘20吸附住所述晶圆500。
具体地，在所述晶圆500被送至所述工艺腔室100时，控制多个所述升降销31上升，且所述升降销31上升的高度小于所述盖部312的高度。然后将所述晶圆500放至多个所述升降销31上，控制多个所述升降销31下降，使所述晶圆500与所述静电夹盘20接触后，控制所述静电夹盘20吸附住所述晶圆500。
所述静电夹盘20吸附所述晶圆500是通过静电力实现。所述静电夹盘20内设有一与直流电源24连接的电极222。所述直流电源24向所述电极222提供直流电以产生静电力将所述晶圆500吸附于所述托盘22上。
S102：所述晶圆500与所述静电夹盘20分离时，控制所述升降销31上升将所述晶圆500顶离所述静电夹盘20；其中，所述升降销31上升的高度小于所述盖部312的高度。在本发明提供的所述晶圆传输方法中，控制所述升降销31上升的高度小于所述盖部312的高度，使所述盖部312至少有部分位于所述升降孔30内，减弱等离子体对所述金属基座21及所述托盘22的交界处的损伤，减小了所述升降孔30处的微电弧发生概率，从而降低了所述晶圆500对应于所述升降孔30处的损伤。在一些实施例中，在步骤S102中，如图7所示，所述升降销31上升后，所述盖部312仍至少有部分对应于所述金属基座21及所述托盘22的交界处。因此，即使在此时因制程需要产生等离子体的情况下，所述盖部312能进一步减弱等离子体对所述金属基座21及所述托盘22的交界处的损伤，减小所述升降孔30交界处的微电弧的发生概率，从而降低所述晶圆500对应于所述升降孔30处的损伤。
请参见图8，本发明的又一实施例还提供一种工艺腔室清洁方法，应用于工艺腔室100。所述工艺腔室100包括腔体10及设于所述腔体10内的静电夹盘20。所述静电夹盘20包括金属基座21及托盘22。所述托盘22固定于所述金属基座21上，用于吸附晶圆500。所述静电夹盘20开设多个贯穿所述金属基座21及所述托盘22的升降孔30。每个所述升降孔30内设有可升降的升降销31。所述升降销31包括相连接的主体311及盖部312。所述盖部312位于所述主体311远离所述底壁12的一侧。所述盖部312包括顶部3121及与所述顶部3121相连接的侧壁3122。所述顶部3121与所述侧壁3122形成一供所述主体311的顶端插入的容置空间。所述盖部312的高度大于所述托盘22的厚度。
所述工艺腔室清洁方法包括以下步骤：
S201：往腔体10中通入处理气体；
S202：施加射频范围内的交流电产生等离子体，对所述腔体10内部进行清洁，保持所述升降销31的所述盖部312至少有部分对应于所述金属基座21及所述托盘22的交界处。
在步骤S202中，还可以保持至少一部分的所述升降销31位于所述升降孔30内，至少一部分的所述升降销31位于所述升降孔30内可以是所述升降销31的所述盖部312的顶部3121的顶面与所述托盘22的顶面齐平，或是所述升降销31的所述盖部312的顶部3121的顶面高于所述托盘22的顶面，或是所述升降销31的所述盖部312的顶部3121的顶面低于所述托盘22的顶面。
在本发明提供的所述工艺腔室清洁方法中，控制所述盖部312至少有部分对应于所述金属基座21及所述托盘22的交界处，减小了所述交界处的微电弧发生概率，从而降低了所述晶圆500对应于所述升降孔30处的损伤。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种工艺腔室，包括腔体及设于所述腔体内的静电夹盘，所述静电夹盘包括金属基座及托盘，所述托盘固定于所述金属基座上，用于吸附晶圆，所述静电夹盘开设多个升降孔，所述升降孔贯穿所述金属基座及所述托盘，每个所述升降孔内设有可升降的升降销，所述升降销用于将所述晶圆顶离所述托盘，所述升降销包括主体及盖部，所述盖部包括顶部及与所述顶部相连接的侧壁，所述顶部与所述侧壁形成一供所述主体的顶端插入的容置空间，其特征在于：所述盖部的高度大于所述托盘的厚度，所述盖部为圆柱形，所述顶部的顶面为一平面，所述盖部的直径比所述升降孔的内径小0.1～0.2mm。
2.如权利要求1所述的工艺腔室，其特征在于：所述盖部的高度比所述托盘的厚度为多30％至50％。
3.如权利要求1所述的工艺腔室，其特征在于：所述盖部由绝缘材料制成，所述托盘由绝缘材料制成。
4.如权利要求3所述的工艺腔室，其特征在于：所述托盘与所述盖部的材料相同。
5.如权利要求4所述的工艺腔室，其特征在于：所述托盘及所述盖部的材料为三氧化二铝陶瓷，所述金属基座的材料为铝或铝的合金。
6.如权利要求1所述的工艺腔室，其特征在于：所述托盘通过胶接方式固定于所述金属基座上。
7.如权利要求1所述的工艺腔室，其特征在于：所述盖部为一体成型，所述盖部的所述侧壁面向所述容置空间的表面上设有螺纹，所述主体的顶端相应设有螺纹以与所述盖部螺纹连接。
8.一种晶圆传输方法，应用于权利要求1-7任意一项所述的工艺腔室，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
将晶圆放至静电夹盘上，所述静电夹盘吸附住所述晶圆；
所述晶圆与所述静电夹盘分离时，控制所述升降销上升将所述晶圆顶离所述静电夹盘；
其中，所述升降销上升的高度小于所述盖部的高度。
9.一种工艺腔室清洁方法，应用于权利要求1-7任意一项所述的工艺腔室，其特征在于，清洁所述工艺腔室时，保持所述升降销的所述盖部至少有部分对应于所述金属基座及所述托盘的交界处。
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